Des observations de Malin 1, une galaxie voisine et un prototype parfait des "galaxies géantes avec une faible luminosité de surface», ont permis à une équipe internationale comprenant un chercheur du Service d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-IRFU de faire une découverte inattendue qui remet en question les hypothèses sur le processus de formation des galaxies de ce type. Il suggère que le disque géant de Malin-1, le plus grand connu dans l'univers, n'est pas la conséquence d'une collision, mais est en place depuis plusieurs milliards d'années, et les étoiles y sont formés de façon modérée mais stable sur un long terme. En raison de leur aspect diffus et leur très faible brillance, ces galaxies massives sont difficiles à observer et demeurent mal connues aujourd'hui. Elles pourraient être une fraction importante des galaxies dans l'univers, car de nombreux objets semblables à Malin 1 pourraient avoir échappé à notre vigilance.
L'article, publié dans la revue Astronomy and Astrophysics, présente pour la première fois des images de Malin 1 obtenues à six longueurs d'onde différentes - de l'ultraviolet par le projet GUViCS1 à l'optique et proche infrarouge par le biais du projet NGVS1 avec la caméra MegaCam développée au CEA et installée sur le Télescope Canada-France-Hawaii (CFHT) [1]. Initialement prévu pour étudier l'amas de galaxies de la Vierge, ces grandes campagnes d'observation permettent également de travailler sur d'autres objets dans l'arrière-plan de cet amas, comme cela est le cas dans cette étude.
Combinaison des 4 images NGVS de Malin 1, obtenues avec la caméra MegaCam sur le télescope CFHT. Une indication de l’échelle est donnée dans la figure pour montrer la taille incroyable du disque de la Galaxie (Le diamètre de notre Galaxie est pluto?t de 30 kpc). Crédits : Boissier/A&A/ESO
Ces images nous offrent une nouvelle vue de Malin 1, le plus grand disque galactique connu dans l’univers. Son diamètre dépasse 250 kilo-parsec (en comparaison, celui de notre Galaxie est « seulement » d’une trentaine de kilo-parsec).
Les chercheurs ont extrait de ces données la variation de la luminosité avec la distance au centre de la galaxie, ainsi que la variation des « couleurs » de la galaxie (c'est à dire des rapports de luminosité aux différentes longueurs d'ondes). Celles-ci dépendent fortement de l'histoire de la galaxie. La comparaison de ces résultats observationnels aux prédictions de différents modèles numériques a donc permis à l'équipe de retracer pour la première fois l’histoire de la formation stellaire. Elle suggère que le disque géant de Malin 1 est en place depuis plusieurs milliards d’années, et que des étoiles s’y forment à un rythme modeste mais régulier sur le long-terme.
A gauche : La courbe avec les barres d'erreur montre la variation avec le rayon de la couleur entre les 2 bandes de GALEX (FUV et NUV). Cette différence est sensible aux populations stellaires jeunes. La courbe bleue et rouge montre le modèle utilisé dans l'article : il est en accord avec ces observations. Au contraire, la ligne orange montre la couleur d'étoiles qui se seraient formées lors d'une interaction il y a 1.4 milliards d'années, ou bien d'une formation d'étoiles qui se serait de?placée du centre vers l'extérieur depuis cette période (étoiles). Ces scénarios sont clairement contredit par les nouvelles observations. Crédits : Adapté de Boissier et al.
A droite : Variation avec le rayon de la densité de surface d'étoiles et de gaz déduite d'observations (noir) et du modèle présenté dans l'article (rouge). Crédits : Boissier/A&A/ESO
Ce résultat est important et surprenant, car il contredit un scénario proposé il y a quelques années, selon lequel ces galaxies géantes sont formées lors d’interactions violentes. Il semble à présent exclu par les nouvelles données. Dans le contexte cosmologique de la formation des galaxies, on s’attend à de nombreuses interactions et fusions qui devraient perturber le disque de Malin 1. La formation d’une telle structure, et de sa survie dans ce contexte, offre donc un nouveau défi pour les simulations cosmologiques de formation des galaxies.
Que va-t-il advenir de Malin 1 ? Le disque géant contenant une grande fraction de gaz, la formation d'étoiles va probablement continuer à se produire à un rythme modeste pendant des milliards d'années, lui permettant d'accroire encore sa masse d'e?toiles. A moins que d'ici là, une autre galaxie ne vienne perturber la géante, et pourquoi pas fusionner avec elle pour totalement changer sa destinée. Les galaxies candidates sont cependant peu nombreuses car Malin 1 réside dans un recoin relativement isolé de notre univers proche.
Contact : Jean-Charles CUILLANDRE
Publication :
"The properties of the Malin 1 galaxy giant disk: A panchromatic view from the NGVS and GUViCS surveys"
S. Boissier et al., publié dans la revue Astronomy & Astrophysics, 2016, A&A, 593, A126 septembre 2016, DOI 10.1051/0004-6361/201629226.
pour une version numérique https://arxiv.org/abs/1610.00918v1
Voir aussi : Une vision fine des cirrus galactiques (12 juillet 2016)
Concentré d'Univers avec la caméra MegaCam (26 octobre 2012)
Notes
[1] NGVS et GUViCS sont deux grands projets qui ont obtenu des observations profondes de l'ensemble de l'amas de la vierge (plus de 100 degrés carrés) respectivement en visible/infrarouge (au CFHT) et en ultraviolet (avec le télescope GALEX). Ces projets avaient pour but de scruter les centaines de galaxies de l'amas, et d'étudier les phénomènes liés à cette structure. Ils permettent cependant beaucoup d'autres études, par exemple des galaxies en arrière-plan. C'est le cas de Malin 1 qui se trouve dans cette direction du ciel, mais à 366 Mega-parsec de nous, alors que l'amas de la Vierge est à 17 mega-parsec.
La caméra MegaCam a été développée au Service d'Astrophysique du CEA. Elle constitue le cœur de l'instrument MegaPrime qui équipe le foyer primaire du télescope Canada-France-Hawaii télescope (CFHT). Cet instrument est composé des différents éléments qui ont permis l'adaptation de la camera MegaCam au sommet du télescope. La caractéristique principale de la caméra MEGACAM, la plus grande au monde lors de son installation en 2003, est la très grande dimension de sa surface sensible constituée d'un réseau de près de 400 millions de pixels (pour "picture element"), microéléments électroniques couvrant une surface de 900 cm2. La surface du ciel couverte en une seule pose par la caméra MegaCam est supérieure à 1 degré carré, soit 4 fois la surface couverte sur le ciel par le Soleil ou la Lune
• Structure et évolution de l'Univers › Evolution des grandes structures et des galaxies
• Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers (Irfu) • Le Département d'Astrophysique // UMR AIM (DAp)
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